現在，成(chéng)熟的動力驅動方式和液體輸送(sòng)端(泵頭)材料技術(shù)使得新型(xíng)計量泵幾乎可(kě)以完成輸送任何常規和特(tè)殊介質的要求，其(qí)工作壓力和容量亦(yì)能滿足工業生(shēng)産的絕大多數要求。
一、概述
作為流體精(jīng)密計量與投加的理想(xiǎng)設備，計量泵如今已被廣(guǎng)泛地應用于包括(kuò)制藥、食品飲料和石油化(huà)工行業在(zài)内的(de)各個領域，在工藝(yì)過程擔負着(zhe)強腐蝕性、毒害性、高粘性和高(gāo)壓介(jiè)質的計量添加任務。經過超過半個世紀的實踐應(yīng)用(yòng)和技術改進，現在計量泵(bèng)已經進(jìn)入其高速增長期。現在，成熟的動力驅動方式和液體輸送端(泵頭)材料(liào)技(jì)術使得新型計量泵幾乎可以完成輸送任何常規和(hé)特殊(shū)介質的要求，其工作(zuò)壓力和容量亦能滿足工業生産的絕大多數要求。
随着人們對(duì)生産工藝過(guò)程指标和自動化程度要求的普(pǔ)遍提(tí)高，作為(wéi)化學藥劑計量和添加環節的*終執行機(jī)構，計量泵的**性和可控制性變得日益重(zhòng)要(yào)起來。石油化工等(děng)行業向來以生産過程的高(gāo)度(dù)自動化而著稱，也是集散式、分布式和智能式計算機控制(zhì)系(xì)統應用*廣泛的領域之一，因而要求與之相配套的(de)執行器——計量泵亦(yì)要(yào)具備靈活多樣(yàng)的控制模式，可以方便地(dì)與計算機系統構成各種控制(zhì)回路，實現更複(fú)雜更**的過(guò)程控制。為順應這一新的(de)趨(qū)勢，國際(jì)上有名(míng)的計量泵制(zhì)造商如德國普羅名特公司(sī)在保證其産(chǎn)品傳統性能繼續**世界的(de)同時，借助于(yú)嵌入式微處理器系統，将多種調(diào)節控制功能(néng)和數據通訊協議整合(hé)到計量泵中，真正實現了從沖程頻(pín)率到沖程長度的雙維調節，使其産品成為世界開創的(de)智能精密計量泵。
二、計量泵的基本工作原理
衆所(suǒ)周知，計量泵主要(yào)由動力驅動、流體輸送和調節控制三部分組成。動力驅動裝置經由機械聯杆系統(tǒng)帶動流(liú)體輸送(sòng)隔膜(活塞)實現往複(fú)運(yùn)動：
隔膜(活塞)于沖程的前半周将被輸送流體吸入并于後半周将流體排出泵頭；所以，改變沖程的往複運動(dòng)頻率或每一次(cì)往複運(yùn)動的沖程長(zhǎng)度即可達至調節流體輸送量之目的。精密的(de)加工精(jīng)度保證了每次泵(bèng)出量(liàng)進而實現被輸送介質的精密(mì)計量。
因其動力驅(qū)動和流體輸送方式的(de)不同，計量泵可以大(dà)緻劃分成(chéng)柱塞式和隔膜式(shì)兩大種類。
2.1、柱(zhù)塞式計量泵
主要有普通有閥泵和無閥(fá)泵兩種。柱(zhù)塞式計量泵因其結構簡(jiǎn)單和耐高溫高壓等(děng)優點(diǎn)而被廣泛(fàn)應用于石(shí)油化工領域。針對高(gāo)粘度介質在高壓力(lì)工(gōng)況下普通柱塞泵的不足，一種無閥(fá)旋(xuán)轉柱塞式計量泵受(shòu)到愈來愈多的重視，被廣泛應用于糖漿、巧克力和石油(yóu)添加(jiā)劑等高粘度介質的計(jì)量添加。因被計量介質和泵内潤滑劑之間無法實現(xiàn)完全隔離這一結構性缺點，柱塞式計量泵在(zài)高防污染(rǎn)要求流體計量應用中(zhōng)受到諸多限制。
2.2、隔膜式計量泵
顧名思義，隔膜式計量泵利用特(tè)殊設計加工的柔性隔膜取代活塞(sāi)，在驅動機構作用下實現往複運動，完(wán)成吸入(rù)-排出過程。由于(yú)隔膜的隔(gé)離作用，在結構上真正實現了被計量流體與驅動潤滑機構之間的隔離。高科技的結構(gòu)設計和新型(xíng)材料的選(xuǎn)用已經大大提(tí)高了隔膜的使用壽命，加上複合材料優異的耐腐(fǔ)蝕特性，隔膜式計量泵目前已經成為流(liú)體計量應用中的主力泵型。
在隔膜(mó)式計量泵家族成員裡，液力驅(qū)動式隔膜泵由于采用了液壓油均勻地驅動隔膜，克服了機械直接驅動方式下泵隔膜(mó)受力過分集中的(de)缺點，提升了隔膜壽命和工作壓力(lì)上限。為了克服單隔膜式計量泵可能出現的因隔膜破損而造成的工作故障，有的計量泵配備了隔膜破(pò)損傳(chuán)感器，實現隔膜破裂時自動連(lián)鎖保護；具有雙隔膜(mó)結構泵頭(tóu)的計量進一步提高了其**性，适合對**保護特别敏感的應用場(chǎng)合。
作為隔(gé)膜式(shì)計量泵的一種，電磁驅動式計量泵以電磁鐵産生脈動驅動力，省卻了電機和變速機構，使得系統小巧緊湊，是小量程低壓計量泵的重(zhòng)要分支。
現在，精密計量泵技術已經非常(cháng)成熟，其流體計量輸送能力*大可達0-100,000l/h，工作壓力*高達(dá)4000bar，工作範圍覆蓋了工業(yè)生産所(suǒ)有領域的要求。
三、計量泵的控制
計量泵每一次的流體(tǐ)泵出(chū)量決定了其計量容(róng)量(liàng)。在一定的有(yǒu)效隔膜面積下，泵的輸出(chū)流體的體積流量正比與沖(chòng)程(chéng)長度L和沖程頻率F：V∝A*F*L
在計量介質和工作壓力确(què)定情況下(xià)，通過調節沖程長度L和沖(chòng)程頻(pín)率F即可實現對計量泵輸(shū)出的雙維調節。
盡管沖程長度和頻率都可以(yǐ)作為調節變量，但在工程應用中一般将沖程長度(dù)視為(wéi)粗調變量，沖程(chéng)頻率(lǜ)為細調變量：調節沖程長度至(zhì)一定值，然後通過改變其頻率實現精細調節，增加(jiā)調節的靈活性。在相(xiàng)對簡單的應用場合，亦可以手(shǒu)動設(shè)置沖程長度，僅将沖程頻率作為調(diào)節變量，從而簡化系(xì)統配置(zhì)。
3.1、常(cháng)規模拟/開關信号調(diào)節方式
過程控制應(yīng)用中廣泛采用0/4-20mA模拟電流信号作(zuò)為傳感(gǎn)器、控制器和執行機構間信号交換的标準，具有外控功能的計量泵亦主(zhǔ)要采用這種方式(shì)，實現對沖(chòng)程頻率和沖程頻率的外部調節。
位(wèi)置式伺(sì)服機構是實現沖程長度調節的*普遍方法。一體化的伺服機構被設計成能夠(gòu)直接接受來自調節(jiē)器或計算機的0/4-20mA控制信号，從而自動(dòng)調節沖程長度在0-100%範圍内變化。
相對(duì)而言實現沖程頻(pín)率調節的方法比(bǐ)較多樣，主要有變頻電機(jī)控制和直接繼電觸點控制兩種。經由0/4-20mA電流信(xìn)号控制的變頻調速器驅動計量泵電動機按所需速度運行，從而實現沖程頻率(lǜ)的調節。對于電磁驅動和部分電機驅動的(de)計量泵，亦可以利(lì)用外部觸點信(xìn)号來調節(jiē)沖程頻率。
3.2、基地式控制方式
在某些特殊場合(hé)，如ph值調節，計量(liàng)泵作為執行(háng)器，在(zài)調(diào)節器的控制下添加酸或堿。為簡化系統配置和(hé)提高可靠性，以(yǐ)微處理器為(wéi)核心的嵌入式控制系統被直(zhí)接集(jí)成到計量泵内，如此隻需(xū)外接(jiē)一支pH傳感器，即可構成完整的調節系統。這種基地式智能計量泵概念(niàn)也适用于控制其它工藝參數(shù)，如氧化還原電位(ORP)和餘氯濃度調節等應用場合。
3.3、設定(dìng)程序式控制
由于(yú)内部集成了微處理計算機，一(yī)些計量泵(bèng)産品的調(diào)控性能和操作性能得到(dào)了充分提升，在跟随外部控制命令(lìng)實現實(shí)時計量流量調節之外，還(hái)具有定量添加，時間(jiān)序列觸發程(chéng)序式添加，事件序列觸發(fā)程序(xù)式(shì)添(tiān)加，時間-事件混合觸發程序式添加和自動(dòng)校正等多種工作(zuò)模式，并可以提供以(yǐ)泵出流體總量，剩餘沖程次數和待輸送流體容量，設定沖程長度和其它相關的計量泵工作參數等有用信息。
時間序列(liè)觸發程序式工作方式令計量泵完全依(yī)據實時時鐘，按預先規劃的(de)任務清單，在指定時刻(kè)按設定(dìng)的沖程次數或時間定量添加工作介質，時(shí)間可以以每小時，天，工作日，公休日，一周(zhōu)和二周為(wéi)周期靈活設定；而事件序(xù)列觸發程(chéng)序式工作(zuò)方式(shì)令計量泵完全依據實時(shí)觸發(fā)事件，按預先規劃的任務清單(dān)，在特定事件發(fā)生時(觸點輸入)按設定的沖程(chéng)次數或時間定量添(tiān)加工作介質。
以上兩種方式可以有機混(hùn)合，完成更複(fú)雜(zá)的時間-事件混合觸發工作模式。*多可設定81個(gè)事件。
一個簡單的例子是冷卻塔循環水(shuǐ)**滅藻系統。**劑以特定濃度根據補充(chōng)水流量比例添加(jiā)；并按工藝要求，在(zài)比例添加過程當中，每周(zhōu)還應脈沖(chòng)式大劑量添加一次**劑(如設定(dìng)在周五12-13時)，并要求此時暫停比例添加作用。整個編(biān)程十分簡捷，令複雜多變(biàn)的流體添加任務得以輕松而**地實(shí)現。
3.4、現場總線ProFibus控制方式
在石油(yóu)化工等大規模高自動化成度的應(yīng)用場合，利用數字通訊協議進行自動化(huà)設備之間數據的高速傳輸進而組(zǔ)成網絡式(shì)控制系(xì)統，容量(liàng)大，可靠性高，已成為發展(zhǎn)的主流。繼二十世紀(jì)九十年(nián)代初被納入德國DIN标準後，現場總線ProFibus于九十年代(dài)末又成為歐洲标(biāo)準(zhǔn)(EN50170)，在世(shì)界範圍内(nèi)得到廣泛采用，已成為現場總線技術中代表性協(xié)議之一。
現場總線ProFibus由三種(zhǒng)形勢組成。ProFibus-DP，ProFibus-PA和ProFibus-FMS。其中ProFibus-DP(DecentralizedPeriphery)定義為分散型外圍設備現(xiàn)場總線，系(xì)專門為過程控制系(xì)統與(yǔ)分散的外圍設備之間高速數據信(xìn)息交換而設計的。其(qí)傳輸介質為雙絞線(xiàn)或光纖聯接的RS485傳輸制式，波特率9.6-12Mb/s，系統構成成本低，高速可靠。
現場總線ProFibus指令集精(jīng)簡凝練，編程非常方(fāng)便。具有現(xiàn)場總線(xiàn)ProFibus通訊功能的計量(liàng)泵，在具有所有手(shǒu)動調節功能的同(tóng)時，可以方便地溶入**的如集散(sàn)式計(jì)算機控制系統中，使其各種功能得以更充分地發揮，已(yǐ)經成為現代精(jīng)密計量泵的佼佼者。普羅名(míng)特公司計量泵(bèng)家族中即(jí)有三大系列數十個型号的産品(pǐn)配置了現場總線功(gōng)能。
四(sì)、結束語
今天，計量泵的研(yán)發已(yǐ)經超越了其傳(chuán)統意義上(shàng)單純追求容量和材質的範(fàn)疇，轉而面向高精(jīng)度，多功能和智能化的發展方向，這(zhè)一趨勢已經成為世界主要計量泵(bèng)生商的共識。 計量泵行業(yè)已經進入其高速增長期